JP5767061B2 - 圧電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電装置に関するものである。
従来より、例えば携帯用の電子機器には、各種圧電装置が用いられている。従来の圧電装置２００は、図５に示されているように、素子搭載部材２１０と、素子搭載部材２１０の第１の凹部Ｋ１に収容された圧電素子２２０と、素子搭載部材２１０の第２の凹部Ｋ２に収容された集積回路素子２３０とを含んでいる。
素子搭載部材２１０には、図６に示されているように、集積回路素子２３０を搭載するための金属パターン２１８が設けられている。集積回路素子２３０は、半田バンプ２３２によって金属パターン２１８に接合されている。半田バンプ２３２は、加熱工程で溶融された後に、冷却固化される。
特開２００９−２６７８６６号公報
しかしながら、従来の圧電装置２００は、例えば、集積回路素子２３０と金属パターン２１８との接合において半田バンプ２３２の接合後に例えばリフロー等の２５０℃程度の加熱工程を複数回行う場合があり半田バンプ２３２が再溶融することがあった。その結果、再溶融した半田バンプ２３２が金属パターン２１８上に拡がり、集積回路素子２３０と金属パターン２１８との接合に関する信頼性が低下する場合があった。
本発明は、半田バンプによる集積回路素子と金属パターンとの接合の信頼性に関して向上された圧電装置を提供することを課題とする。
本発明の一つの態様による圧電装置は素子搭載部材と、素子搭載部材に搭載されている圧電素子と、素子搭載部材の表面に形成された金属パターンと、半田バンプによって金属パターンに電気的に接続されている集積回路素子とを含んでいる。金属パターンは、素子搭載領域および引き回し領域を含んでいる。集積回路素子は、金属パターンの素子搭載領域に電気的に接続されている。金属パターンは、素子搭載領域と引き回し領域との間に設けられた凸部を有しており、凸部の少なくとも表面部分が金属酸化物から成る。
このように、本発明の一つの態様による圧電装置において、素子搭載部材の表面に形成された金属パターンが素子搭載領域および引き回し領域を含んでいるとともに素子搭載領域と引き回し領域との間に設けられた凸部を有しており、凸部の少なくとも表面部分が金属酸化物から成っている。本発明の一つの態様による圧電装置は、このような構成を含んでいることによって、例えばニッケル（Ｎｉ）などの半田濡れ性の低い金属酸化物から成る少なくとも表面部分を有する凸部において溶融された半田バンプの拡がりが抑えられる。その結果、本発明の一つの態様による圧電装置は、集積回路素子２３０と金属パターン２１８との接合に関する信頼性に関して向上されている。
本発明の一つの実施形態における圧電装置の一例を示した断面図である。 図１に示された圧電装置の下面図である。 図２に示された圧電装置において符号Ｂによって示された部分の拡大図である。 図３に示された圧電装置の部分拡大図のＹ−Ｙ線縦断面図である。 従来の圧電装置を示した断面図である。 従来の圧電装置の集積回路素子の搭載面側の平面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示されているように、本発明の一つの実施形態における圧電装置１００は、素子搭載部材１１０と、素子搭載部材１１０に搭載された圧電素子１２０および集積回路素子１３０と、蓋部材１５０とを含んでいる。なお、図１は、図２に示された圧電装置のＡ―Ａにおける縦断面図を示している。
素子搭載部材１１０は、基板部１１１と、基板部１１１の一方の主面に設けられた第一の枠部１１２と、基板部１１１の他方の主面に設けられた第二の枠部１１３とを含んでいる。素子搭載部材１１０を構成する基板部１１１と、第一の枠部１１２および第二の枠部１１３は、例えば、ガラス−セラミックス、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる。
また、基板部１１１は、一方の主面に圧電素子１２０を搭載するための圧電素子搭載用パターン１１４が配置され、他方の主面に集積回路素子１３０を搭載するための金属パターン１１８が配置されている。また、図２に示されているように、基板部１１１の他方の主面の金属パターン１１８は、例えば３行２列に６個配置されている。図１では、金属パターン１１８の１列を横切って切断した断面図を示している。素子搭載部材１１０に配置された金属パターン１１８は、後述する集積回路素子１３０の電極パッド１３４が半田バンプ１３２を介して接合されている。また、基板部１１１の内部には、内層配線（図示せず）が設けられ、圧電素子搭載用パターン１１４と金属パターン１１８とが内層配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。
また、素子搭載部材１１０は、基板部１１１および第一の枠部１１２によって囲まれた第一の凹部Ｋ１を有している。第一の凹部Ｋ１には、圧電素子１２０が収容されている。圧電素子１２０が収容されている第一の凹部Ｋ１は、蓋部材１５０によって気密封止されている。
また、素子搭載部材１１０は、基板部１１１および第二の枠部１１３によって囲まれた第二の凹部Ｋ２を有している。第二の凹部Ｋ２には、集積回路素子１３０が収容されている。第二の枠部１１３の四隅には、複数の外部接続端子１１６が設けられている。複数の外部接続端子１１６は、それぞれＶＣＣ端子、ＶＣＯＮ端子、ＯＵＴ端子、グランド端子として機能する。
圧電素子１２０は、圧電素板の両主面に励振用電極（図示せず）と接続用電極（図示せず）を備える構造となっている。また、圧電素子１２０の接続用電極（図示せず）は、導電性接着剤１２１を介して素子搭載部材１１０に配置された圧電素子搭載用パターン１１４に接続されている。また、圧電素子１２０は、所定の結晶軸でカットした圧電素板に外部からの変動電圧が印加されると、所定の周波数の厚みすべり振動が励振される。圧電素板としては、例えば水晶が用いられる。
集積回路素子１３０は、少なくとも発振回路を備える構成となっている。集積回路素子１３０は、回路が形成された面に電極パッド１３４が形成される。電極パッド１３４は、素子搭載部材１１０に配置された金属パターン１１８に、半田バンプ１３２を介して接合されている。また、集積回路素子１３０の電極パッド１３４と、素子搭載部材１１０に配置された金属パターン１１８との間には、樹脂１４０が充填されている。
半田バンプ１３２は、集積回路素子１３０の回路の形成された面の電極パッド１３４上にスクリーン印刷により形成され、バンプ径が例えば８０〜１００μｍ程度で、高さが例えば６０〜１００μｍ程度の大きさで形成されている。また、本実施形態に用いられる半田バンプ１３２は、例えばＳｎ―Ｃｕ−Ｎｉ系の組成を持つ鉛フリー半田が用いられる。
蓋部材１５０は、基板部１１１と第一の枠部１１２で形成された第一の凹部Ｋ１を気密封止している。蓋部材１５０の材質は、４２アロイまたはコバール、リン青銅等からなる。
ここで、本実施形態における圧電装置１００は、図１、図２に示すように、圧電装置１００の素子搭載部材１１０に配置された金属パターン１１８が、素子搭載領域１１８ａおよび引き回し領域１１８ｂを備え、素子搭載領域１１８ａに電気的に接続されている半田バンプ１３２と、半田バンプ１３２に電気的に接続されている集積回路素子１３０を備えている。また、本発明の実施形態における金属パターン１１８は、図３、図４に示すように、素子搭載領域１１８ａと引き回し領域１１８ｂとの間に設けられた凸部１１９を有しており、凸部１１９の少なくとも表面部分が金属酸化物から成っている。これにより、本実施形態における圧電装置１００は、凸部１１９がダムとなる物理的作用と金属酸化物が濡れにくい化学的作用により半田バンプ１３２を形成する半田の拡がりを抑えることができる。
また、図４は、本実施形態における圧電装置１００の金属パターン１１８の断面の拡大図を示す。本実施形態における金属パターン１１８は、素子搭載領域１１８ａと引き回し領域１１８ｂとの間に設けられた凸部１１９を備える構成となっている。金属パターン１１８は、３層構造になっており、例えば下層にモリブデン（Ｍｏ）が形成され、例えば中間層にニッケル（Ｎｉ）が形成され、例えば上層に金（Ａｕ）が形成されている。
このような本実施形態における圧電装置１００の凸部１１９は、金属パターン１１８にレーザを照射して、金属パターン１１８の中間層の例えばニッケル（Ｎｉ）と上層の例えば金（Ａｕ）をカットして、金属パターン１１８に溝部１１７を設けることで形成される。これにより、凸部１１９は、金属パターン１１８の中間層の例えばニッケル（Ｎｉ）がレーザで削られ、また発熱することにより空気と反応し金属酸化物が生成される。また、本実施形態における凸部１１９は、金属パターン１１８の素子搭載領域１１８ａ側に素子搭載領域側面１１９ａを有し、引き回し領域１１８ｂ側に引き回し領域側面１１９ｂを有する構造になっている。
また、図３は、本実施形態における圧電装置１００の金属パターン１１８の上面の拡大図を示す。本実施形態における金属パターン１１８は、素子搭載領域１１８ａと引き回し領域１１８ｂとの間に設けられた凸部１１９と、凸部１１９よりも引き回し領域１１８ｂ側に形成された溝部１１７を備える構成となっている。ここで、本実施形態における圧電装置１００の凸部１１９は、素子搭載領域１１８ａ側に形成された素子搭載領域側面１１９ａが、複数の凹部１１９ｃを有しており、複数の凹部１１９ｃのそれぞれが平面視において引き回し領域１１８ｂの方向へ向かって狭まるように凹んでいる構造となっている。また、溝部１１７は、複数の微少な凹凸による模様が形成されている。溝部１１７の複数の微小な凹凸は、平面視において、仮に半田が素子搭載領域１１８ａから引き回し領域１１８ｂの方向へ流れ出した場合にその流れが妨げられるような曲線模様を有している。
本実施形態における圧電装置１００の凸部１１９は、高さが例えば１〜２μｍ程度であり、溝部１１７の深さが例えば０．５〜１μｍ程度であり、溝部１１７の幅が例えば３０〜５０μｍ程度である。また、本実施形態における圧電装置１００の凸部１１９は、例えばレーザー照射によって形成される場合には、レーザのスポット径または出力強度などを変えることで高さまたは傾きについて調整される。同様に、複数の凹部１１９ｃの形状、溝部１１７の幅または深さについても、レーザのスポット径または出力強度などを変えることで調整することができる。ここで、レーザとしては、例えば、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、半導体レーザ、またはエキシマレーザ等が用いられる。
このように、本実施形態における圧電装置１００の素子搭載部材１１０に配置された金属パターン１１８は、素子搭載領域１１８ａと引き回し領域１１８ｂとの間に設けられた凸部１１９を有しており、凸部１１９の少なくとも表面部分が金属酸化物から成っている。これにより、本発明の実施形態における圧電装置１００は、凸部１１９の金属酸化物が例えばニッケル（Ｎｉ）などの半田濡れ性の低い酸化された金属からなることから、溶融した半田バンプ１３２の拡がりが凸部１１９において抑えることができる。その結果、本実施形態における圧電装置１００は、集積回路素子１３０の電極パッド１３４と半田バンプ１３２との接合部分の面積を確保でき、半田バンプ１３２の接合強度の低下を抑えることができる。
また、本実施形態における圧電装置１００の凸部１１９は、素子搭載領域側面１１９ａを有し、素子搭載領域側面１１９ａに複数の凹部１１９ｃを有しており、複数の凹部１１９ｃのそれぞれが平面視において引き回し領域１１８ｂの方向へ向かって狭まるように凹んでいる。これにより、素子搭載領域１１８ａから加熱工程で溶融して拡がった半田バンプ１３２を半田の表面張力により拡がりを抑えることができる。
更に、本実施形態における圧電装置１００の凸部１１９は、素子搭載領域側面１１９ａと引き回し領域側面１１９ｂとを有しており、素子搭載領域側面１１９ａが引き回し側面１１９ｂよりも急傾斜となっている。これにより、本施形態における圧電装置１００の凸部１１９は、半田バンプ１３２の拡がりを抑えることができる。
また、本実施形態における圧電装置１００の金属パターン１１８は、引き回し領域１１８ｂに設けられた溝部１１７を有している。これにより、本発明の実施形態における圧電装置１００の金属パターン１１８は、凸部１１９の素子搭載領域側面１１９ａで半田バンプ１３２を形成する半田が止まらなかったとしても、引き回し領域１１８ｂに設けられた溝部１１７で半田バンプ１３２を形成する半田の拡がりを止め、溝部１１７以降の引き回し領域１１８ｂへの半田の拡がりを抑えることができる。
更に、本実施形態における圧電装置１００の溝部１１７は、図３に示すように、複数の微少な凹凸が形成されていることで、素子搭載領域側面１１９ａを超えて半田バンプ１３２が拡がったとしても、溝部１１７の複数の微少な凹凸で半田バンプ１３２の拡がりを抑えることができる。また、本実施形態における溝部１１７は、複数の微少な凹凸が半田の流れを抑える方向に形成されており、半田の流れが複数の微少な凹凸で止まるように形成されている。
また、前記した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、金属パターン１１８は、３層構造を示したが例えば４層構造の多層構造でも構わない。また、金属パターン１１８の３層構造の組成も、例えば、下層にモリブデン（Ｍｏ）、中間層にニッケル（Ｎｉ）、上層に金（Ａｕ）が形成された構造を示したがこれに限定されず、他の金属の組み合わせでも構わない。例えば、金属パターン１１８は、下層にタングステン（Ｗ）、中間層に銅（Ｃｕ）、上層に銀（Ａｇ）などの組み合わせでも構わない。また、前記実施形態に示した圧電装置１００の第一の凹部Ｋ１に搭載される圧電素子１２０は、平面視矩形状の圧電素板の両主面に励振用電極と接続用電極を備える構造を示したが、これに限定することなく、例えば、平面視形状が円形や、音叉形の圧電素板に各種電極を設けた形態の圧電素子でもよく、又圧電素子に変えて弾性表面波素子を用いても構わない。
１００・・・圧電装置
１１０・・・素子搭載部材
１１１・・・基板部
１１２・・・第一の枠部
１１３・・・第二の枠部
１１４・・・圧電素子搭載用パターン
１１６・・・外部接続端子
１１７・・・溝部
１１８・・・金属パターン
１１８ａ・・・素子搭載領域
１１８ｂ・・・引き回し領域
１１９・・・凸部
１１９ａ・・・素子搭載領域側面
１１９ｂ・・・引き回し領域側面
１１９ｃ・・・凹部
１２０・・・圧電素子
１２１・・・導電性接着剤
１３０・・・集積回路素子
１３２・・・半田バンプ
１３４・・・電極パッド
１４０・・・樹脂
１５０・・・蓋部材
Ｋ１・・・第一の凹部
Ｋ２・・・第二の凹部

Claims (3)

  1. 素子搭載部材と、
    前記素子搭載部材に搭載されている圧電素子と、
    前記素子搭載部材の表面に形成されており、素子搭載領域および引き回し領域を含んでいる金属パターンと、
    半田バンプによって前記金属パターンの前記素子搭載領域に電気的に接続されている集積回路素子とを備え、
    前記金属パターンが前記素子搭載領域と前記引き回し領域との間に設けられた凸部を有しており、前記凸部の少なくとも表面部分が金属酸化物から成り、
    前記凸部が素子搭載領域側面を有しており、前記素子搭載領域側面が平面視において複数 の凹部を有しており、複数の凹部のそれぞれが平面視において前記引き回し領域の方向へ 向かって狭まるように凹んでいることを特徴とする圧電装置。
  2. 素子搭載部材と、
    前記素子搭載部材に搭載されている圧電素子と、
    前記素子搭載部材の表面に形成されており、素子搭載領域および引き回し領域を含んでいる金属パターンと、
    半田バンプによって前記金属パターンの前記素子搭載領域に電気的に接続されている集積回路素子とを備え、
    前記金属パターンが前記素子搭載領域と前記引き回し領域との間に設けられた凸部を有しており、前記凸部の少なくとも表面部分が金属酸化物から成り、
    前記凸部が素子搭載領域側面と引き回し領域側面とを有しており、前記素子搭載領域側面 が前記引き回し側面よりも急傾斜であることを特徴とする圧電装置。
  3. 前記金属パターンは、前記引き回し領域に設けられた溝部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電装置。
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